Replikacija

Replikacija – DNR sintezė, vykstanti prieš ląstelės dalijimąsi. Dėl DNR sintezės padvigubėja ląstelės genomas ir sudaromos salygos susidaryti dviem genetiškai identiškoms dukterinėms ląstelėms.

DNR replikacija – iš vienos spiralės susidaro dvi

Replikacija vyksta tiek eukariotų, tiek prokariotų ląstelėse, tačiau mechanizmas ir sintezės greitis skiriasi.

Istorija

1958 m. Mezelsonas (Meselson) ir Stalis (Stahl) įrodė, kad replikacija yra pusiau konservatyvus procesas. Tai reiškia, kad kiekviena nauja spiralė turi vieną seną ir vieną naują grandines. Tokių rezultatų buvo pasiekta pasitelkiant sunkesnius (¹⁵N) azoto izotopus.

Savybės

Replikacija:

• yra pusiau konservatyvus procesas
• prasideda specialioje vietoje (ar vietose), vadinamoje replikatoriumi arba ori (angl. origin – ištaka, pradžia); prokariotuose prasideda viename taške, atsiradus replikacinei šakutei (pūslelei), eukariotuose – iš karto daugelyje replikacijos pradžios taškų
• visada vyksta iš 5‘ į 3‘ galą
• gali buti vienakryptė arba dvikryptė
• yra pusiau nutrūkstama

Prokariotuose DNR replikacija vyksta 10⁶ bazių porų per minutę greičiu, eukariotuose – 500–5000 bazių porų per minutę greičiu.

Mechanizmas

DNR replikacija vyksta trim pagrindiniais etapais:

1. Iniciacija (angl. initiation – pradžia) – DNR grandinės išsivyniojimas, veikiant fermentui DNR girazei ir vandenilinių ryšių tarp grandinių nutraukimas, veikiant fermentui DNR helikazei. Taip pat susidaro dvigubėjimo pūslelė.
2. Elongacija (angl. elongation – ilgėjimas) – naujų nukleotidų prijungimas, veikiant fermentui DNR polimerazei. Nukleotidai naujoje grandinėje išdėstomi komplementariai motininės grandinės nukleotidams.
3. (angl. termination – pabaiga) – susijungimas. Replikacija baigiama, susijungus priešpriešai judančioms dvigubėjimo šakutėms. Veikiant DNR ligazei susintetintų DNR grandinių arba jų fragmentų 5' ir 3' galai yra sujungiami į vientisą DNR grandinę.

Replikacija tos pačios DNR molekulės skirtingose grandinėse vyksta skirtingai dėl skirtingų grandinių krypčių. Viena jų (5'->3' grandinė) vadinama pirmaujančia grandine – jos dvigubėjimas vyksta nenutrūkstamai. Kitos grandinės dvigubėjimas vyksta fragmentiškai – iš pradžių daugelyje vietų sudaromi maži DNR grandinės gabalėliai (jų ilgis būna nuo 1000 iki 2000 nukleotidų bakterijose ir nuo 100 iki 400 nukleotidų eukariotuose), vadinami Okazakio fragmentais, kurie vėliau sujungiami į vientisą darinį papildomų fermentų pagalba. Ši grandinė vadinama atsiliekančia arba vėluojančia grandine.

Fermentai

• Helikazė – išvynioja DNR grandinę;
• DNR polimerazės – pagrindiniai DNR sintezės procese dalyvaujantys fermentai, atsakingi už nukleotidų prijungimą ir molekulės dvigubėjimą; replikacijos procese taip pat dalyvauja specialūs „surišamieji“ baltymai, stabilizuojantys DNR polimerazę (angl. tethering proteins);
•  – pašalina DNR įtrūkimus;
•  – sintetina RNR pradmenis, kurie dalyvauja Okazaki fragmentų sintezėje;
•  – pakeičia RNR pradmenis į DNR;
•  – neleidžia molekulės fragmentams susisukti atgal į vientisą spiralę;
• , kurie prisijungę prie vienos grandinės (angl. single strand binding proteins) – apsaugo nuo vienos grandinės susisukimo.

Šaltiniai

1. James D. Watson. Molecular Biology of the Gene. Benjamin Cummings, 2013, 270 p.